【產(chǎn)通社，11月19日訊】中國(guó)科學(xué)院（Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究團(tuán)隊(duì)等，近日在太赫茲（THz）量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）混沌領(lǐng)域取得進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)在無(wú)需外部光學(xué)反饋或光注入等復(fù)雜擾動(dòng)條件下，僅通過(guò)單一電流調(diào)控實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了自由運(yùn)行THz QCL的混沌產(chǎn)生，并構(gòu)建了基于Maxwell-Bloch方程的完整模型與基于復(fù)Ginzburg-Landau方程的簡(jiǎn)化模型，揭示了混沌形成的物理機(jī)制源于群速度色散（GVD）與線寬增強(qiáng)因子（α因子）協(xié)同驅(qū)動(dòng)的缺陷介導(dǎo)湍流。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)諧激光器電流，在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到模間拍頻信號(hào)由單一窄線寬狀態(tài)至多邊帶狀態(tài)，最終呈現(xiàn)超寬線寬特征的演化過(guò)程，并測(cè)量了對(duì)應(yīng)的時(shí)域信號(hào)和相圖，在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了自由運(yùn)行THz QCL的混沌產(chǎn)生。進(jìn)一步，研究通過(guò)李亞普若夫指數(shù)與關(guān)聯(lián)維度計(jì)算，證明了THz混沌的產(chǎn)生。

針對(duì)自由運(yùn)行THz QCL的混沌產(chǎn)生機(jī)制，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于Maxwell-Bloch方程的完整模型和基于復(fù)Ginzburg-Landau方程的簡(jiǎn)化模型并開(kāi)展研究。結(jié)果表明，α因子增大可使THz QCL從穩(wěn)定態(tài)過(guò)渡至混沌態(tài)，而GVD的調(diào)控對(duì)混沌態(tài)頻譜特性也有影響。研究進(jìn)一步揭示了混沌形成的物理根源，即THz QCL以光頻梳模式工作時(shí)，時(shí)域信號(hào)幅值與相位呈周期性變化；當(dāng)進(jìn)入混沌態(tài)時(shí)，幅值與相位均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的隨機(jī)性和不規(guī)則性。同時(shí)，幅值為零的缺陷點(diǎn)出現(xiàn)，這些缺陷點(diǎn)在非線性系統(tǒng)中傳播，引發(fā)更多隨機(jī)相位與幅值波動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生新缺陷，最終導(dǎo)致系統(tǒng)演化為高度無(wú)序的混沌態(tài)。研究指出，缺陷介導(dǎo)湍流是自由運(yùn)行THz QCL中產(chǎn)生混沌行為的內(nèi)在物理機(jī)制。

該研究為突破太赫茲混沌光源的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、探索自由運(yùn)行多模THz QCL的內(nèi)在物理機(jī)制，以及發(fā)展結(jié)構(gòu)緊湊且高度可調(diào)的實(shí)用化THz混沌光源奠定了重要基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature?Communications）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目等的支持。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站https://www.cas.cn/syky/202511/t20251117_5088959.shtml，以及https://doi.org/10.1038/s41467-025-64921-x。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）